ES2929913T3 - Circuito de protección entre un dispositivo de carga y una conexión a la red - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un circuito de protección (1) entre un dispositivo de carga (3) para un acumulador de baterías eléctricas móviles (5) y una conexión a la red (9). La conexión a la red (9) está conectada a través de una disposición de fusibles (11) a una barra colectora (13) a la que también está conectado un dispositivo de almacenamiento de batería estacionario (15) a través de un convertidor de voltaje controlable (17). La corriente de carga total (IG) que fluye desde la barra colectora (13) al dispositivo de carga (3) se registra utilizando un dispositivo de medición de corriente (19). Un sistema de control electrónico (25) controla las proporciones de la corriente de carga de la red (IN) por un lado y la corriente de carga de la batería (IB) del acumulador de baterías estacionario (15) por el otro. Los componentes de corriente se ajustan de tal manera que la corriente de carga de la red (IN) no supere una corriente máxima especificada (Imax). A medida que avanza el tiempo de carga (t), la electrónica de control (25) aumenta la proporción de la corriente de carga de la batería suministrada (IB) en la corriente de carga total (IG), de modo que la proporción de la corriente de carga de red (IN) en el la corriente de carga total (IG) es un margen de seguridad especificado (ΔS) por debajo de las caídas de corriente máxima especificada (Imax). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Circuito de protección entre un dispositivo de carga y una conexión a la red
La invención se refiere a un circuito de protección entre un dispositivo de carga para un acumulador de batería eléctrico móvil, como un acumulador de batería en un automóvil eléctrico, y una conexión a la red a través de la que se alimenta una corriente de carga de red al dispositivo de carga.
Por el documento US 2015/0202973 A1 se conoce una disposición de circuito con la que se alimenta corriente a una estación de carga para cargar un acumulador de batería móvil, estando compuesta la corriente en parte por corriente de la red y en parte por corriente de un acumulador de batería estacionario. Una unidad de control cambia las partes de corriente de forma dinámica para proporcionar una alta capacidad de carga sin una sobrecarga de la red.
En la práctica, al enchufarse el cable de carga, el acumulador de batería eléctrico móvil demanda una corriente de carga que, según la configuración de la electrónica de carga del acumulador de batería móvil, puede ser muy alta. Cuando varios acumuladores de batería móviles, p.ej. automóviles eléctricos, se conectan aproximadamente al mismo tiempo con un dispositivo de carga, la alta potencia de carga demandada repentinamente puede adoptar valores extremos. El dispositivo de carga para el acumulador de batería móvil es alimentado regularmente desde una red de distribución, estando conectada la conexión a la red de la red de distribución eléctricamente con el dispositivo de carga. La conexión a la red está asegurada por elementos fusibles, aunque en la práctica pueden surgir situaciones en las que la corriente de carga demandada por el dispositivo de carga haga que la disposición de fusibles responda y desconecte la fase sobrecargada.
La red de distribución alimenta regularmente no solo el dispositivo de carga, sino también al mismo tiempo otros consumidores, como por ejemplo equipos de comunicación, que fallan cuando se produce una respuesta de la disposición de fusibles.
La invención se basa en el objetivo de indicar un circuito de protección entre un dispositivo de carga para un acumulador de batería eléctrico móvil y una conexión a la red, que debe evitar una respuesta no deseada de la disposición de fusibles debido a una breve sobrecarga.
Este objetivo se consigue con las características de la reivindicación 1.
El circuito de protección de acuerdo con la invención presenta una conexión para un dispositivo de carga para un acumulador de batería eléctrico móvil, como un acumulador de batería en un automóvil, y una conexión a la red para una red de distribución mediante la que se alimenta una corriente de carga de la red al dispositivo de carga. La conexión a la red está conectada mediante una disposición de fusibles del circuito de protección con una barra colectora, mediante la que se alimenta la corriente de carga de la red al dispositivo de carga. Además, está conectado un acumulador de batería estacionario con la barra colectora a través de un transformador de tensión controlable, estableciendo contacto el acumulador de batería estacionario con la barra colectora entre la disposición de fusibles y el dispositivo de carga. Mediante un amperímetro se detecta qué corriente de carga total fluye a través de la barra colectora al dispositivo de carga.
Una electrónica de control central está conectada con la salida de señales del amperímetro y con una entrada de control de un transformador de tensión CA/CC controlable. La electrónica de control central está configurada para ajustar las partes de corriente de la corriente de carga de la batería alimentada y de la corriente de carga de la red alimentada de tal manera que la corriente de carga de la red no rebasa una corriente máxima predeterminada, estando compuesta la corriente de carga total que llega al dispositivo de carga por un lado por la corriente de carga de la red y por otro lado por una corriente de carga de la batería del acumulador de batería estacionario, que se alimenta de forma controlada a través del transformador de tensión.
De manera especial está previsto configurar la electrónica de control de tal manera que, a medida que pasa el tiempo de carga, aumenta la parte de la corriente de carga de la batería alimentada de la corriente de carga total, de modo que la parte de la corriente de carga de la red de la corriente de carga total se reduce, quedando por debajo de la corriente máxima predeterminada con un margen de seguridad predeterminado.
De esta forma queda garantizado que la corriente de carga de la red quede con un margen de seguridad por debajo de una corriente máxima predeterminada, de manera que se reduce la probabilidad de una respuesta de la disposición de fusibles debido a una sobrecarga repentina.
La conexión a la red y el acumulador de batería estacionario están acoplados en el lado de la corriente alterna mediante la barra colectora, lo que permite el uso de grupos constructivos electrónicos conocidos y económicos.
En un perfeccionamiento de la invención está previsto que, a medida que pasa el tiempo de carga, la corriente máxima predeterminada aumente hasta un valor final máximo admisible. De esta manera, la corriente de carga de la red se puede aproximar de forma controlada al valor final admisible de la corriente nominal de la disposición de fusibles, sin
que se produzca una sobreoscilación por cambios repentinos de la carga. En particular, a medida que pasa el tiempo de carga, la corriente máxima puede aumentar en etapas hasta un valor final admisible.
El dispositivo de carga es en particular una estación de carga para automóviles accionados eléctricamente. El acumulador de batería móvil está conectado mediante un conector separable eléctricamente con el dispositivo de carga.
Convenientemente, el circuito de protección tiene asociada una unidad de supervisión de potencia asociada a la conexión a la red, que está conectada mediante una línea de parada de emergencia con el transformador de tensión y/o el dispositivo de carga.
Un procedimiento para hacer funcionar un circuito de protección entre un dispositivo de carga para un acumulador de batería eléctrico móvil y una conexión a la red, mediante la que se alimenta una corriente de carga de red al dispositivo de carga, controla las partes de la corriente de carga total alimentada al dispositivo de carga. La corriente total está compuesta por una corriente de carga de la red alimentada a través de la conexión a la red y una corriente de carga de batería de un acumulador de batería estacionario alimentada a través del transformador de tensión. Mediante una electrónica de control, las partes de la corriente de carga de la red y de la corriente de carga de la batería de la corriente de carga total se ajustan de tal manera que al comienzo de un proceso de carga se inicia un primer período de carga con una primera potencia de carga máxima admisible y una corriente de carga total, cuya mayor parte es proporcionada en primer lugar por la corriente de carga de la red, aumentando la electrónica de control hasta el final del primer período de carga la parte de corriente de la corriente de carga de la batería del acumulador de batería estacionario y reduciendo de este modo la corriente de carga de la red.
Ventajosamente está previsto un perfeccionamiento del procedimiento de tal manera que al final del primer período de carga se aumenta la potencia de carga máxima admisible o la corriente de carga máxima admisible.
Puede ser ventajoso controlar el procedimiento para hacer funcionar un circuito de protección de tal manera que la mayor potencia de carga se toma en primer lugar del acumulador de batería estacionario, reduciéndose la corriente de la batería a medida que pasa el tiempo de carga.
Convenientemente, el ciclo de carga de un acumulador de batería móvil se divide en varias etapas de potencia sucesivas y, al iniciarse una etapa de potencia, la mayor potencia de carga se toma en primer lugar del acumulador de batería. A medida que pasa el tiempo de carga, la corriente de la batería se reduce hasta que la mayor potencia de carga llegue a través de la conexión a la red al dispositivo de carga.
Otras características de la invención resultan de las otras reivindicaciones, la descripción y el dibujo, en el que se muestran los ejemplos de realización descritos en detalle a continuación. Muestran:
la figura 1 una disposición de circuito esquemática del circuito de protección de acuerdo con la invención para una fase de una red de distribución,
la figura 2 la evolución de la potencia suministrada o de la corriente con respecto al tiempo,
la figura 3 la evolución de la corriente de carga de la red y de la corriente de carga de la batería con respecto al tiempo.
En la figura 1, el circuito de protección de acuerdo con la invención se designa con 1 y está dispuesto entre un dispositivo de carga 3 para un acumulador de batería eléctrico móvil 5 y una conexión a la red 9. En el ejemplo de realización mostrado, tres acumuladores de batería móviles 5 están conectados con el dispositivo de carga 3. Pueden conectarse menos o también más acumuladores de batería móviles 5 con el dispositivo de carga 3. En el ejemplo de realización mostrado, los acumuladores de batería móviles 5 son los acumuladores de batería recargables previstos en un automóvil 7 para el funcionamiento del automóvil eléctrico 7. A través de la conexión a la red 9 se alimenta una corriente de carga de red In al dispositivo de carga 3, que se alimenta a través de conexiones de carga 31 y cables de carga 32 correspondientes a los acumuladores de batería móviles 5.
El ejemplo de realización según la figura 1 representa el circuito de protección 1 para una fase de la conexión a la red 9. En el caso de una conexión trifásica del dispositivo de carga 3 con una red de distribución 10, está previsto respectivamente un circuito de protección 1 para cada fase de la red.
La conexión a la red 9 de la red de distribución 10 está conectada a través de una disposición de fusibles 11 con una barra colectora 13, a través de la que se alimenta la corriente de carga de la red In al dispositivo de carga 3.
Con la barra colectora 13 está conectado además un acumulador de batería estacionario 15 a través de un transformador de tensión CA/CC 17. El transformador de tensión 17 es controlable, de modo que es ajustable la corriente de batería Ib que fluye a la barra colectora 13. El acumulador de batería estacionario 15 está conectado con la barra colectora 13 entre la disposición de fusibles 11 y el dispositivo de carga 3. La corriente de carga de la red In
alimentada a la barra colectora 13, así como la corriente de carga de batería Ib alimentada de forma controlable se unen en el nodo 8 para formar una corriente de carga total Ig que se alimenta al dispositivo de carga 3.
La corriente de carga total Ig es detectada por un amperímetro 19 cuya salida de señales 21 se alimenta a través de una línea de señales 20 a una electrónica de control central 25. El amperímetro 19 puede estar configurado alternativamente como medidor de potencia.
La electrónica de control central 25 está conectada a través de una línea de control 24 con una entrada de control 23 del transformador de tensión CA/CC 17. Convenientemente, la electrónica de control central 25 también está conectada a través de una línea de señales 22 con las conexiones de carga 31. Por un lado, la línea de señales 22 puede bloquear como línea de parada de emergencia todas las conexiones de carga 31 y/o puede predeterminar valores máximos para la corriente de carga o la potencia de carga para cada conexión de carga 31 individual.
La electrónica de control central 25 está conectada además a través de una línea de señales 16 con la electrónica de supervisión 18 del acumulador de batería estacionario 15.
Para proteger la red de distribución 10, además puede estar previsto disponer delante del nodo 8 una unidad de supervisión de potencia 27, que detecta la corriente de red INy/o la potencia suministrada por la red de distribución 10 en la fase supervisada. Convenientemente, la unidad de supervisión de potencia está conectada a través de una línea de señales 26 con la electrónica de control central 25.
La unidad de supervisión de potencia 27 tiene convenientemente la prioridad más alta en el circuito de protección 1 y está conectada a través de una línea de parada de emergencia 28 con el dispositivo de carga 3, así como a través de una línea de parada de emergencia con el transformador de tensión CA/CC 17. Si la potencia suministrada por la red de distribución 10 o la corriente de carga de red In que se presenta en la fase rebasa un valor máximo predeterminado Is, el dispositivo de carga 3 y el transformador de tensión CA/CC 17 se desconectan.
La barra colectora 13 lleva tensión alterna o corriente alterna. La conexión a la red 9 de una fase de la red de distribución 10 y el acumulador de batería estacionario 15 están acoplados en el lado de la corriente alterna a través de la barra colectora 13.
Para cargar un acumulador de batería eléctrico móvil 5, por ejemplo de un acumulador de batería en un automóvil eléctrico 7, este se conecta a través de un conector 30 y un cable de carga 32 con la conexión de carga 31. La corriente de carga total Ig que fluye al dispositivo de carga 3 está compuesta por un lado por la corriente de carga de red In y por otro lado por la corriente de carga de la batería Ib alimentada del acumulador de batería estacionario 15.
Para evitar una sobrecarga de la conexión a la red 9 y/o una respuesta de la disposición de fusibles 11, está previsto que, una vez establecida la conexión eléctrica con el dispositivo de carga 3, la corriente de carga demandada se proporcione en primer lugar desde la red de distribución 10, no rebasándose un valor máximo predeterminado. La electrónica de control ajusta las partes de corriente de la corriente de carga de batería alimentada Ib y de la corriente de carga de red alimentada In de tal manera que la corriente de carga de la red no rebasa una corriente máxima predeterminada.
Así, puede estar previsto que la corriente de carga se tome en primer lugar de la red de distribución 10 cuando se inicia el proceso de carga. La corriente de carga total Ig corresponde por lo tanto aproximadamente a la corriente de carga de red In. A medida que pasa el tiempo de carga, aumenta la parte de la corriente de carga de la batería alimentada Ib de la corriente de carga total Ig. Esto reduce, manteniéndose igual la corriente de carga total Ig, la parte de la corriente de carga de red In de la corriente de carga total Ig. La electrónica de control central 25 ajusta mediante el transformador de tensión CA/CC controlable 17 la corriente de carga de la batería alimentada Ib de tal modo que la parte de la corriente de carga de la red In de la corriente de carga total Ig se reduce, quedando por debajo de una corriente máxima predeterminada Imáx. con un margen de seguridad predeterminado.
Mediante la aproximación gradual de la corriente de carga total Ig a la corriente máxima admisible Imáx. queda garantizado que se evite una sobrecarga de la conexión a la red 9 cuando se conectan eléctricamente uno o varios automóviles 7 con altas capacidades de carga.
Puede ser conveniente aumentar la potencia de carga de las conexiones de carga 31 individuales en etapas, como se muestra en la figura 2. Al comienzo de un proceso de carga en el momento tü se admite una corriente base Ibase y después de alcanzar la corriente base Ibase o una potencia de carga base, esta se mantiene durante un período de carga ti a t2. En el momento t2 aumenta una primera etapa de la potencia de carga, por lo que la corriente base Ibase aumenta lo que corresponde a una corriente adicional Ietapa o lo que corresponde a una potencia de etapa correspondiente. La corriente de carga total Ig aumenta hasta el momento t3, se mantiene durante un período de carga hasta t4, para aumentar a continuación añadiéndose otra etapa. De esta forma, se alcanza de manera segura la potencia máxima de carga o la corriente máxima Imáx. de la conexión a la red 9, sin que se produzca una sobrecarga de la conexión a la red 9.
En la figura 3 está representada la evolución de la corriente de carga de la red y de la corriente de carga de la batería, así como de la corriente de carga total. La figura 3 muestra también la potencia de carga P con respecto al tiempo t. En la figura 3 se ve cómo la electrónica de control central 25 cambia las partes de la corriente de carga de la red y de la corriente de carga de la batería para evitar una sobrecarga de la conexión a la red 9 al conectar una o varias baterías a través de respectivamente un cable de carga 32. Como está representado, la potencia de carga oscila con respecto al tiempo t entre Pbase y Pbase+Petapa y/o Pbase+ n*Petapa, hasta que la potencia de carga esté ajustada en la potencia de red Pred.
El circuito de protección 1 entre el dispositivo de carga 3 y el acumulador de batería eléctrico móvil 5 y una conexión a la red 9 se hace funcionar de la siguiente manera. La corriente de carga total Ig alimentada al dispositivo de carga 3 (figura 1) está compuesta por una corriente de carga de red In alimentada a través de la conexión a la red 9 y una corriente de carga de batería Ib del acumulador de batería estacionario 15 alimentada a través del transformador de tensión 17. La electrónica de control central 25 ajusta las partes de la corriente de carga de red In y/o de la corriente de carga de batería Ib de la corriente de carga total Ig de tal manera que al comienzo de un proceso de carga se inicia un primer período de carga con una primera potencia de carga máxima admisible y una corriente de carga total Ig. En este primer período de carga, la mayor parte de la corriente de carga total Ig es proporcionada por la corriente de carga de la red, aumentando la electrónica de control central 25 hasta el final del primer período de carga la parte de corriente de la corriente de carga de batería Ib del acumulador de batería estacionario 15 para reducir la corriente de carga de la red In. A continuación, al final del primer período de carga, se aumenta la potencia de carga máxima admisible y el proceso comienza de nuevo.
Puede ser conveniente tomar la mayor potencia de carga en primer lugar del acumulador de batería estacionario 15 y reducir la corriente de batería Ib a medida que pasa el tiempo de carga t.
Cuando no está conectada ninguna batería 5 a cargar con el dispositivo de carga 3, la electrónica de control central 25 controla el transformador de tensión AC/DC 17 de tal manera que el acumulador de batería estacionario 15 se recarga desde la red de distribución 10 con una corriente de carga de red Il, en particular una corriente de carga máxima de la red.
Claims (13)
1. Circuito de protección (1) con una conexión para un dispositivo de carga (3) para un acumulador de batería eléctrico móvil (5), como un acumulador de batería en un automóvil (7), y con una conexión a la red (9) que está conectada mediante una disposición de fusibles (11) con una barra colectora (13) del circuito de protección (1), pudiendo alimentarse a través de la conexión a la red (9) y la barra colectora (13) del circuito de protección (1) una corriente de carga de red (In) al dispositivo de carga (3),
- y con un acumulador de batería estacionario (15) que está conectado con la barra colectora (13) a través de un transformador de tensión controlable (17) entre la disposición de fusibles (11) y el dispositivo de carga (3), - así como con un amperímetro (19), que está configurado para detectar la corriente de carga total (IG) que fluye desde la barra colectora (13) al dispositivo de carga (3),
- y con una electrónica de control (25) que está conectada con una salida de señales (21) del amperímetro (19) y con una entrada de control (23) del transformador de tensión controlable (17),
- estando compuesta la corriente de carga total (IG) al dispositivo de carga (3) por un lado por la corriente de carga de la red (In) y por otro lado por una corriente de carga de batería (Ib) alimentada de forma controlada a través del transformador de tensión (17) del acumulador de batería estacionario (15), y estando configurada una electrónica de control (25) para ajustar las partes de corriente de la corriente de carga de la batería alimentada (Ib) y de la corriente de carga de red alimentada (In) de tal manera que la corriente de carga de red (In) no rebasa una corriente máxima predeterminada (Imáx.),
caracterizado por que
- la electrónica de control (25) está configurada para aumentar la parte de la corriente de carga de la batería alimentada (Ib) de la corriente de carga total (IG) de tal manera que la parte de la corriente de carga de red (In) de la corriente de carga total (IG) queda por debajo de la corriente máxima predeterminada (Imáx.) con un margen de seguridad predeterminado (AS).
2. Circuito de protección según la reivindicación 1,
caracterizado por que la conexión a la red (9) y el acumulador de batería estacionario (15) están acoplados en el lado de la corriente alterna a través de la barra colectora (13).
3. Circuito de protección según la reivindicación 1,
caracterizado por que la electrónica de control (25) está configurada para aumentar a medida que pasa el tiempo de carga (t) la corriente máxima predeterminada (Imáx.) hasta un valor final admisible.
4. Circuito de protección según la reivindicación 1,
caracterizado por que la electrónica de control (25) está configurada para aumentar a medida que pasa el tiempo de carga (t) la corriente máxima predeterminada (Imáx.) en etapas hasta un valor final admisible.
5. Circuito de protección según la reivindicación 3 o 4, caracterizado por que el valor final admisible es la corriente nominal (Inom) de la disposición de fusibles (11).
6. Circuito de protección según la reivindicación 1,
caracterizado por que el dispositivo de carga (3) es una estación de carga para automóviles eléctricos (7).
7. Circuito de protección según la reivindicación 1,
caracterizado por que el acumulador de batería móvil (5) está conectado con el dispositivo de carga (3) mediante un conector (30) separable.
8. Circuito de protección según la reivindicación 1,
caracterizado por que la conexión a la red (9) tiene asociada una unidad de supervisión de potencia (27) que está conectada a través de una línea de parada de emergencia (28, 29) con el transformador de tensión (17) y/o el dispositivo de carga (3).
9. Circuito de protección según la reivindicación 1,
caracterizado por que el dispositivo de carga (3) presenta varias conexiones de carga (31) y la electrónica de control (25) está configurada para controlar por separado las varias conexiones de carga (31).
10. Procedimiento para hacer funcionar un circuito de protección (1) entre un dispositivo de carga (3) para un acumulador de batería eléctrico móvil (5) y una conexión a la red (9) a través de la que se alimenta una corriente de carga de la red (In) al dispositivo de carga (3), alimentándose al dispositivo de carga (3) una corriente de carga total (IG) que está compuesta por una corriente de carga de la red (In) alimentada a través de la conexión a la red (9) y una corriente de carga de batería (Ib) de un acumulador de batería estacionario (15) alimentada a través de un transformador de tensión (17) y ajustando una electrónica de control (25) las partes de la corriente de carga de la red (In) y de la corriente de carga de la batería (Ib) de la corriente de carga total (IG), iniciándose al comienzo de un proceso de carga un primer período de carga (ti) con una primera potencia de carga máxima admisible y una corriente de carga total (IG) cuya mayor parte es proporcionada por la corriente de carga de la red (In), caracterizado por que
la electrónica de control (25) aumenta hasta el final del primer período de carga (ti) la parte de corriente de la corriente de carga de la batería (Ib) del acumulador de batería estacionario (15) y reduce la corriente de carga de la red (In).
11. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado por que al final del primer período de carga (ti), se aumenta la potencia de carga máxima admisible.
12. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado por que la mayor potencia de carga se toma en primer lugar del acumulador de batería estacionario (15) y la corriente de la batería (Ib) se reduce a medida que pasa el tiempo de carga (t).
13. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado por que el ciclo de carga del acumulador de batería móvil (5) se divide en varias etapas de potencia sucesivas y, al iniciarse una potencia de carga, la mayor potencia de carga se toma en primer lugar del acumulador de batería estacionario (15) y, a medida que pasa el tiempo de carga (t), se reduce la corriente de la batería (Ib) hasta que la mayor potencia de carga llegue a través de la conexión a la red (9).
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